AN IMPROVED CALIBRATION APPROACH FOR TRAVELLING WAVE ION MOBILITY SPECTROMETRY: ROBUST, HIGH-PRECISION COLLISION CROSS SECTIONS
Postery | 2019 | WatersInstrumentace
Separace iontů pomocí technologie travelling wave ion mobility spectrometrie (TWIM) umožňuje získat kolizní průřezy (CCS), které jsou klíčové pro charakterizaci struktur biomolekul i malých organických sloučenin. Přesné a reprodukovatelné CCS hodnoty jsou zásadní v oblasti proteomiky, metabolomiky, kvality potravin i farmaceutického průmyslu. Vývoj spolehlivějších kalibračních postupů zvyšuje důvěryhodnost výsledků a rozšiřuje aplikovatelnost TWIM v různých oblastech analýzy.
Navržené kalibrační funkce založené na analytickém řešení pohybové rovnice iontu ve TWIM, doplněné o relaxační a radiální korekce, dosahují vysoké přesnosti (%RMSE ≤1 %) a robustnosti napříč platformami a podmínkami. Minimalizovaný kalibrační set umožňuje efektivní provoz za nižší náklady a otevírá cestu k standardizaci CCS měření v široké škále aplikací.
Iontová mobilita, LC/TOF, LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS
ZaměřeníVýrobceWaters
Souhrn
Význam tématu
Separace iontů pomocí technologie travelling wave ion mobility spectrometrie (TWIM) umožňuje získat kolizní průřezy (CCS), které jsou klíčové pro charakterizaci struktur biomolekul i malých organických sloučenin. Přesné a reprodukovatelné CCS hodnoty jsou zásadní v oblasti proteomiky, metabolomiky, kvality potravin i farmaceutického průmyslu. Vývoj spolehlivějších kalibračních postupů zvyšuje důvěryhodnost výsledků a rozšiřuje aplikovatelnost TWIM v různých oblastech analýzy.
Cíle a přehled studie
- Navrhnout nové kalibrační funkce pro TWIM založené na pokročilé teorii a numerických simulacích, zahrnující relaxační i radiální efekty.
- Ověřit tyto funkce na široké sadě standardních kompaundů a proteinů měřených v různých podmínkách na dvou platformách (Waters Synapt G2 a Cyclic IMS).
- Srovnat přesnost a robustnost tradičních power-law kalibrací s navrženými víceparametrovými funkcemi.
Použitá metodika a instrumentace
- Teoretický model: Rovnice popisující pohyb iontů v jednom rozměru za působení sinusového TW pole rozšířená o relaxační a radiální termíny.
- Numerické simulace: SIMION3D s modelem SDS kolizí pro simulaci diskrétního krocování TW a off-axis pohybu iontů.
- Instrumentace:
- Waters Synapt G2 (3 mbar N₂, amplituda vlny 20–50 V, rychlost 375–1000 m/s).
- Waters SELECT SERIES Cyclic IMS Q-TOF (cIM, ~2 mbar N₂, cesta 98 cm, >600 elektrod).
- Zkušební látky: Polynukleotidové ionty polyalaninu, směsi domácích lipidů, proteiny (cytochrom c, BSA, ADH, ubiquitin aj.) a vybrané peptidové standardy.
- Zpracování dat: Vlastní skripty Python/MATLAB pro výpočet CCS, kalibraci a vyhodnocení RMSE.
Hlavní výsledky a diskuse
- Tradiční power-law kalibrace dávala nízkou chybu (%RMSE <2 %) pouze při nízkých rychlostech TW. Při vyšších rychlostech docházelo k systematickým odchylkám.
- Zavedením relaxačních parametrů (α, γ) se podařilo redukovat chybu kalibrace na <1 % napříč celou maticí napětí a rychlostí.
- Úprava radiálního působení iontů pak přinesla další zlepšení, zejména u malých iontů a nízké náboje.
- All-ion kalibrace pomocí tzv. blend funkce (2–3 volné parametry) dosahovala srovnatelných přesností na obou platformách a předešla přeučení, jak ukázala křížová validace.
- Jednoduchá směs obsahující pouze jeden rodný protein (BSA) a několik peptidů dokázala kalibrovat rozsah CCS od ~45 nm² až po >200 nm² s chybou do 3,6 % při extrapolaci na velké proteiny.
Přínosy a praktické využití metody
- Významně zvýšená robustnost a přesnost CCS hodnot bez nutnosti rozsáhlých sady standardů.
- Snížení experimentálního času a nákladů díky minimalizaci kalibračního setu.
- Možnost jednotné kalibrace pro heterogenní směsi malých i velkých makromolekul.
- Vhodné pro rutinní QA/QC aplikace i výzkumné studie v proteomice a metabolomice.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Vývoj specializovaných komerčních kalibračních směsí na základě minimálního setu s širokým pokrytím CCS spektra.
- Aplikace pro vysokorozlišovací IMS systémy a další iontové mobility formáty (TIMS, DTIMS).
- Integrace s umělou inteligencí a strojovým učením pro automatizované doladění kalibrace podle provozních podmínek.
- Další zdokonalení modelů pro přesnější zachycení vlivu teploty a tlaku v mobilitní komoře.
Závěr
Navržené kalibrační funkce založené na analytickém řešení pohybové rovnice iontu ve TWIM, doplněné o relaxační a radiální korekce, dosahují vysoké přesnosti (%RMSE ≤1 %) a robustnosti napříč platformami a podmínkami. Minimalizovaný kalibrační set umožňuje efektivní provoz za nižší náklady a otevírá cestu k standardizaci CCS měření v široké škále aplikací.
Reference
- Richardson K., Langridge D., Giles K. Int. J. Mass Spectrom. 428, 71–80 (2018).
- Richardson K. et al. MP392, ASMS (2018).
- SIMION 3D v8.1, Scientific Instrument Services, Inc.
- Ruotolo B. et al. Nat. Prot. 3(7), 1139–1152 (2008).
- Zhong Y., Hyung S., Ruotolo B. Analyst 136, 3534–3541 (2011).
- Giles K. et al. TP 385, ASMS (2017).
- Bush M. et al. Anal. Chem. 82, 9557–9565 (2010).
- Bush M., Campuzano I., Robinson C. Anal. Chem. 84, 7124–7130 (2012).
- Picache J. et al. Chemical Science 10, 983–993 (2018).
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Accurate Collision Cross Sections From Traveling Wave Ion Mobility Measurements in Native Mass Spectrometry – A Structural Investigation of Cas9 Ribonucleoprotein Complexes
2024|Waters|Aplikace
Application Note Accurate Collision Cross Sections From Traveling Wave Ion Mobility Measurements in Native Mass Spectrometry – A Structural Investigation of Cas9 Ribonucleoprotein Complexes Dale Cooper-Shepherd, David Langridge, Keith Richardson Waters Corporation For research use only. Not for use in…
Klíčová slova
traveling, travelingwave, wavenative, nativemobility, mobilitysections, sectionscross, crosscollision, collisionmeasurements, measurementsaccurate, accuratespectrometry, spectrometryion, ionccs, ccsmass, masscyclic, cyclicfrom
EXAMINING THE M/Z SEPARATIVE CAPABILITY OF TRAVELLING WAVES FOR LARGE MOLECULE CHARACTERISATION
2022|Waters|Postery
EXAMINING THE M/Z SEPARATIVE CAPABILITY OF TRAVELLING WAVES FOR LARGE MOLECULE CHARACTERISATION Jakub Ujma,1 David Langridge,1 Keith Richardson,1 Kamila Pacholarz,2 Ellen Liggett,3 Jason Wildgoose,1 Perdita Barran,3 Ian Anderson,4 Kevin Giles,1 Malcolm Anderson1 1. Waters Corporation, Wilmslow, United Kingdom; 2. KP…
Klíčová slova
empty, emptyfull, fullmobility, mobilitycharge, chargepartial, partialcapsids, capsidsdtim, dtimact, actmix, mixsimulations, simulationsseparation, separationtravelling, travellingvelocity, velocityaav, aavlimiting
Small Molecule Ion Mobility Investigations into Cross-platform and Long-term Robustness of a CCS Metric
2020|Waters|Technické články
[ APPLICATION NOTE ] Small Molecule Ion Mobility Investigations into Cross-platform and Long-term Robustness of a CCS Metric Mike McCullagh, 1 Michelle Wood, 2 Nayan Mistry, 2 Severine Goscinny, 3 Petur Dalsgaard4 Waters Corporation, Wilmslow, UK; 2 Sciensano, Brussels, Belgium;…
Klíčová slova
ccs, ccsmobility, mobilitymetric, metricion, ioncross, crossrebaudioside, rebaudiosideplatform, platformterm, termsynapt, synaptcim, cimlong, longvion, viontravelling, travellinginvestigations, investigationscyclic
INVESTIGATIONS INTO CROSS-PLATFORM AND LONG-TERM ROBUSTNESS OF A CCS METRIC
2019|Waters|Postery
INVESTIGATIONS INTO CROSS-PLATFORM AND LONG-TERM ROBUSTNESS OF A CCS METRIC Michael McCullagh1; Michelle Wood1; Nayan Mistry1; Martin Palmer1;Severine Goscinny2; David Douce1 and Petur Dalsgaard3 1 Waters Corporation, Wilmslow, United Kingdom; 2Sciensano, 14, rue Juliette Wytsman, Belgium; 3Department of Forensic Medicine,…
Klíčová slova
ccs, ccsrebaudioside, rebaudiosidetwim, twimmobility, mobilitymetric, metricsteviol, steviolutilised, utilisedvion, vionbeen, beenintra, intrasynapt, synaptreproducibility, reproducibilityreb, rebcumulative, cumulativerubusoside